Es ist allgemein bekannt, dass genetische Informationen in der DNA gespeichert sind. Soweit ich weiß, enthält DNA nur Informationen auf Proteinebene . Was ist mit höheren Ebenen, wie Organellen, Zellen, Gewebe, Organen? Gibt es einen bekannten Informationsträger auf dieser Ebene? Wenn nicht, was leitet diese Strukturebenen?
Hypothese: Oberhalb der Proteinebene gibt es keinen echten Genotyp/Phänotyp. Stattdessen geschieht alles durch Zellteilung. Es gibt also keine Trennung zwischen Information und Verkörperung. Stattdessen geschieht dies durch ein Prototyp-Duplikationsmodell: Zellen wachsen und teilen sich, wodurch mehr Zellen entstehen. Was die Differenzierung in verschiedene Zelltypen und die Organisation in Gewebe und Organe betrifft: Die Informations- und Kontrollsysteme dafür sind derzeit unbekannt.
Was für eine zeitgemäße Frage.
Enthält DNA Informationen über die Proteinsynthese hinaus?
Ja . Tatsächlich machen proteinkodierende Gene nur einen winzigen Teil – weniger als 2 % – der gesamten DNA aus. Es gibt natürlich viele andere Gene, die nicht für Proteine kodieren: Es gibt Gene für ribosomale RNA und wir finden immer mehr Gene, die für kleine RNAs wie tRNA kodieren . Aber selbst wenn wir all diese Gene zählen, kommen wir nicht über vielleicht 10 % der gesamten DNA hinaus.
Der größte Teil der DNA ist stattdessen der Regulation der Genexpression gewidmet, vor allem über die Bindung von Transkriptionsfaktoren (aber das Bild ist viel komplexer als das). Mit dem Abschluss des ENCODE-Projekts wurde eine ganze Reihe von Arbeiten veröffentlicht, die zeigen, dass tatsächlich der größte Teil der DNA aktiv an der Bindung verschiedener Faktoren beteiligt ist (obwohl nicht bekannt ist, wie viel davon tatsächlich zur Fitness der Zelle beigetragen hat).
Aber ich habe Ihre Frage hier ein wenig entführt. Kommen wir also zurück zu dem, was Sie eigentlich interessiert:
Was ist mit höheren Ebenen, wie Organellen, Zellen, Gewebe, Organen?
Es gibt keinen bekannten Mechanismus (über die bereits erwähnte Regulation hinaus), der solche Informationen in der DNA kodieren würde. Es mag schwierig sein, seine Existenz kategorisch auszuschließen, aber da wir keine Maschinen gefunden haben, die zum Lesen solcher Informationen erforderlich wären, können wir ziemlich sicher sein, dass es nicht existiert.
Wenn nicht, was leitet diese Strukturebenen?
Die höheren Organisationsebenen sind allen Anschein nach emergent. Das heißt, sie sind eine Folge der Organisation auf niedrigerer Ebene. Nehmen Sie zum Beispiel das Zytoskelett , das einen Großteil der physikalischen Struktur der Zelle trägt. Es besteht aus verschiedenen Proteinkomplexen, die sich spontan durch Zusammenbau globulärer Proteine (zB Aktin) bilden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie der Prozess gelenkt werden kann, aber bemerkenswerterweise ist er größtenteils stochastisch – dh größtenteils ungelenkt, und es gelingt ihm dennoch, ein stabiles Skelett aufzubauen, einfach aufgrund der molekularen Eigenschaften, die in den Proteinen kodiert sind.
Ich denke, das ist ein gemeinsames Thema der Zellorganisation: Die elementaren Bausteine sind durch die DNA kodiert und ihre Häufigkeit streng reguliert. Alles andere, also übergeordnete Organisation, folgt daraus: Fülle und Lokalisierung der richtigen Proteine.
Was die Differenzierung in verschiedene Zelltypen und die Organisation in Gewebe und Organe betrifft: Die Informations- und Kontrollsysteme dafür sind derzeit unbekannt.
Tatsächlich ist hier viel bekannt, und es geht auf die Regulation auf der Ebene der DNA zurück: Wir wissen, dass Gene je nach Zelltyp und Entwicklungsstadium (und Stadium im Zellzyklus) unterschiedlich exprimiert werden. Diese Regulierung ist sehr komplex und ihre Entschlüsselung ist ein langsamer Prozess. Trotzdem werden die hier beteiligten Faktoren einzeln entschlüsselt. Dies ist das Gebiet der Entwicklungsbiologie .
Daniel Steh